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3D Druck – Erste Hilfe: Unsauber gedruckte Oberflächen über Stützstrukturen

Mit Hilfe des 3D Drucks können tolle Objekte mit sehr komplexen Formen und Geometrien erstellt werden. An manchen Stellen, z.B. bei sehr flachen Überhängen oder Überbrückungen, benötigst du dafür Stützmaterial. Sind die Einstellungen zur Verwendung von Stützstrukturen nicht optimal eingestellt, kann das zu unsauber gedruckten Oberflächen über den Stützstrukturen führen.

Wodurch entstehen unsauber gedruckte Oberflächen über Stützstrukturen? Wenn dein Ausdruck unsauber gedruckte Oberflächen über Stützstrukturen enthält, dann ist das sehr oft auf nicht korrekte Stützstruktureinstellungen zurückzuführen. So kann dieser Effekt durch einen zu großen oder zu geringen Abstand zwischen dem Druckobjekt und den Stützstrukturen ausgelöst werden. Auch zu robuste Stützstrukturen können eine Ursache für dieses Problem sein. Eine weitere Ursache für unsauber gedruckte Oberflächen über dem Stützmaterial kann eine zu hohe Schichthöhe sein.

Durch das Optimieren der Stützstruktureinstellungen in deinem Slicer können einige Verbesserungen in den Ergebnissen erzielt werden. Nichtdestotrotz kann es bedingt dadurch, dass zwischen dem Druckobjekt und der Stützstruktur bewusst ein Abstand gehalten wird, zu Rückständen auf der Oberfläche kommen.

Welche Ursachen führen zu einer unsauber gedruckte Oberfläche über Stützstrukturen?

Beim Drucken eines Objekts mit Stützstrukturen wird zwischen dem obersten Layer der Stützstruktur und dem ersten Layer des Druckobjekts ganz bewusst etwas Abstand gehalten. Ist dieser Abstand zu groß, hat die erste Schicht des Druckobjekts keine gute Basis und es wirkt als wenn das Material in die Luft gedruckt wurde. Heißt, das Material hängt ein wenig durch. Ist der Abstand jedoch zu gering lässt sich das Stützmaterial nur schwer entfernen und hinterlässt Rückstände auf dem eigentlichen Druckobjekt.

Selbiges gilt übrigens auch für Stützstrukturen, welche neben einem Objekt gedruckt werden, um eine Stütze für weiter oben befindlichen Überhänge oder Brücken zu bilden. Wird hier nicht genügend Abstand zwischen dem Objekt und der Stützstruktur berücksichtigt, kann es vorkommen, dass sich das Stützmaterial nicht sauber entfernen lässt.

Wenn die Oberflächen deines Druckobjekts oberhalb des Stützmaterials unsauber gedruckt sind, dann ist das in den meisten Fällen auf eines der folgenden Probleme zurückzuführen:

  • zu großer/geringer Abstand zwischen Druckobjekt und Stützstrukturen
  • übermäßig solide Stützstruktur
  • zu hohe Schichthöhe

Wie vermeidest du eine unsauber gedruckte Oberfläche über Stützstrukturen?

Anzahl der Schichten zwischen Stützstruktur und Druckobjekt korrigieren

Wie bereits oben erwähnt, wird beim Drucken zwischen dem obersten Layer der Stützstruktur und dem untersten Layer des Druckobjekts einen Abstand vorgesehen. Ist der Abstand zu groß, hat die erste Schicht des Druckobjekts keine solide Basis. Auf dem Ausdruck wirkt es ein wenig so, als wenn das Material in die Luft gedruckt wurde und ein wenig durchhängt. Ist der Abstand jedoch zu gering lässt sich das Stützmaterial nur schwer entfernen und hinterlässt Rückstände auf dem eigentlichen Druckobjekt.

Wie groß muss der Abstand zwischen Druckobjekt und Stützstruktur sein? Der Abstand zwischen Druckobjekt und Stützstruktur wird in Anzahl an Schichten definiert. Wenn die Supportstruktur mit dem selben Material gedruckt wird wie das Druckobjekt, sollte der Abstand zwischen den beiden Bereichen 1-2 Schichten betragen.

Um die aktuellen Einstellungen zu kontrollieren und bei Bedarf zu korrigieren, öffne deinen Slicer. Suche im im Bereich der Support Einstellungen nach einer Einstellung die den vertikalen Abstand zwischen Druckobjekt und Stützstruktur angibt, z.B. vertical seperation layers. Je nach Slicer können diese Einstellungen anders benannt sein.

Beachte jedoch, dass manche Slicer zwischen Upper vertical seperation layers (grüne Markierung) und Lower vertical seperation layers (rote Markierung) unterscheiden.

Die Upper layers werden verwendet, wenn das Druckobjekt auf das Stützmaterial gedruckt wird. Die Lower layers kommen wiederum zur Anwendung, wenn Stützmaterial auf dem eigentlichen Druckobjekt aufgebaut wird, um später eine weitere Ebene zu stützen.

Wenn du in deinem Slicer hingegen nur eine Einstellung für den Abstand zwischen Stützmaterial und Druckobjekt findest, dann wird dieser Wert sowohl für den roten als auch den grünen Bereich im Bild verwendet.

Horizontaler Abstand zwischen Stützstruktur und Druckobjekt korrigieren

Diese Abhilfemaßnahme betrifft nicht direkt den Bereich, bei welchem die Oberfläche ÜBER dem Stützmaterial unsauber gedruckt wird. Hier geht es eher darum, wenn das Stützmaterial zu nah neben dem eigentlichen Druckobjekt gedruckt wird (siehe grüne Markierung).

Das Ergebnis ist jedoch nahezu identisch. Wird zu wenig Abstand zwischen Druckobjekt und Stützmaterial berücksichtigt, hinterlässt dies Spuren auf der Oberfläche nach dem Entfernen. Bei zu viel Abstand bildet die Stützstruktur nicht die benötigte solide Basis für das eigentliche Druckobjekt.

Wie viel Abstand soll zwischen Druckobjekt und Stützstruktur vorgesehen werden? Im Gegensatz zu den vertikalen Abständen (siehe voriges Kapitel) wird der Abstand hier nicht in Schichten sondern in Millimetern angegeben. Der optimale Abstand hängt hierbei auch ein wenig davon ab, wie gut dein Drucker bzw. das verwendete Druckprofil kalibriert ist. Ein durchaus gängiger Wert ist hier 0,2 – 0,4 mm. Jedoch musst du hier möglicherweise ein wenig experimentieren um die optimale Einstellung für deinen Drucker zu erzielen. Der oben angegeben Bereich dient dir dabei aber als guter Startwert.

Füllgrad der Stützstruktur verringern

Ein weiterer Faktor, wie sauber die Oberfläche über dem Supportmaterial gedruckt wird, ist der Füllgrad des Stützmaterials. Durch weniger Stützmaterial lässt sich selbiges zwar leichter entfernen, bietet damit aber gleichzeitig eine weniger stabile Basis für das eigentliche Druckobjekt. Vice versa, bietet ein höherer Füllgrad mehr Stabilität und führt damit zu einer sauberen Oberfläche, ist dafür aber nicht immer so einfach und sauber zu entfernen.

Öffne die Support Einstellungen deines Slicers und kontrollieren den Wert für den Füllgrad des Stützmaterials. Je nach Slicer sollte die Einstellung ähnlich wie Support Infill Percentage benannt sein. In den meisten Fällen sollte ein Wert im Bereich von 20-40% ausreichend sein.

Je feiner, höher und weiter entfernt die Stützstruktur vom eigentlichen Druckobjekt gedruckt werden muss, desto mehr muss auf dessen Stabilität geachtet werden. Andernfalls, kann es passieren, dass sich das Supportmaterial während des Drucks von der Druckplattform löst und umfällt.

Andererseits kann der Füllgrad des Stützmaterials für ein Druckobjekt nicht variieren. Wird somit wegen eines feinen Details ein zu hoher Füllgrad für die Stützstruktur gewählt, wirkt sich dies wiederum auch auf die restlichen Stützstrukturen aus. Es gilt hier also den Sweet Spot zwischen genügend Stabilität und leichter Entfernbarkeit des Stützmaterial zu finden.

Bei Dual-Extruder Druckern wird für die optimale Mischung gerne der sogenannte Dense Support verwendet. Hierbei wird der Großteil des Stützmaterial nach dem Prinzip so wenig wie möglich und so viel wie nötig gedruckt. Die letzten Schichten direkt unterhalb des Druckobjekts werden mit einem höhere Füllgrad mit wasserlöslichem PVA gedruckt. Die letzten beiden Abschnitte dieses Beitrags gehen ausführlicher auf die Verwendung von PVA und Dense Support ein.

Anpassen der Schichthöhe

Welche entscheidende Rolle die korrekte Schichthöhe bei Überhängen spielt, habe ich auch schon im Beitrag zu unsauber gedruckten Überhängen beschrieben. Denn letzten Endes sind unsauber gedruckte Oberflächen über Stützstrukturen auch nur schlecht gestützte und unsauber gedruckte Überhänge. Nichtsdestotrotz schadet es nicht, hier nochmals darauf einzugehen.

Der Unterschied ob eine Objekt mit einer Schichthöhe von 0,1 mm oder 0,2 mm gedruckt wird liegt daran, dass damit die Anzahl der Schichten verdoppelt wird.

Beim Slicen mit 0,1 mm werden dünnere Schichten erstellt und damit ist es weniger wahrscheinlich, dass ganze Schichten bzw. einzelne Teile von Schichten in die Luft gedruckt werden. Je dünner also die Schichten gedruckt werden, desto besser ist das finale Druckergebnis. Das gilt sowohl für die Überhängen, als auch für den gesamten Ausdruck an sich.

Um weitestgehend saubere Oberflächen über Stützmaterial zu erhalten, wähle in deiner Slicer Software eine adäquate Schichthöhe. Diese sollte nicht höher als 0,2 mm sein. Setze die Schichthöhe andererseits auch nicht zu niedrig. Halte dich bei der niedrigsten Schichthöhe an die Angaben deines Druckerherstellers.

Verwenden von wasserlöslichem PVA als Stützmaterial

Bei der Wahl des Stützmaterials hast du verschiedene Möglichkeiten. Wenn du einen Single-Extruder Drucker zum Drucken verwendest, kannst du ohnehin nur dasselbe Material verwenden, mit welchem du deinen Druck anfertigst. Solltest du jedoch einen Dual-Extruder Drucker besitzen, kannst du z.B. ein wasserlösliches PVA Material verwenden.

Der Vorteil beim Druck von PVA ist, dass du keinen Abstand zwischen dem Stützmaterial und dem Druckobjekts lassen musst und dein Ausdruck damit eine sauber gedruckte Unterseite erhält. Da das PVA anschließend in Wasser aufgelöst wird, hinterlässt es nahezu keine Spuren auf dem Druckobjekt. Andererseits kann es jedoch passieren, dass du hier über die eine oder andere Tücke im Zusammenhang mit dem Multi-Material Druck stolperst. Hier näher darauf einzugehen, würde jedoch den Rahmen dieses Artikels sprengen.

Auch wenn sich PVA aufgrund der Wasserlöslichkeit perfekt als Stützmaterial eignet, ist es jedoch nicht unbedingt die preiswerteste Möglichkeit. Der Preis pro Kilogramm liegt für PVA bei ca. € 100,- je nach Hersteller.

Ein Nachteil des Multi-Material Drucks ist die höhere Druckzeit. Der ständige Wechsel zwischen den beiden Extrudern, inkl. des zwischenzeitlichen Reinigungsprozederes deines Druckers während dem Wechsel, wirkt sich auch nicht unbedingt positiv auf die Druckzeit aus. Andererseits ist dafür die Qualität des Ausdrucks besser.

Aktivieren des Dense Supports

Eine sehr gute Methode für Dual-Extruder ist die Verwendung des sogenannten Dense Supports. Dabei wird das Stützmaterial weitestgehend mit dem selben Material gedruckt, wie das Druckobjekt selbst. Der Abstand zwischen der Stützstruktur und dem eigentlichen Druckobjekte wird jedoch nicht einfach frei gelassen, sondern mit wasserlöslichem PVA gefüllt. Der Abstand kann in diesem Fall auch gerne größer sein als im Kapitel oben beschrieben.

Durch die Dense Support Methode wird der unterste Layer des Druckobjekts nicht in die Luft gedruckt, sondern direkt auf das wasserlösliche Stützmaterial. Während des Drucks sorgt dies für eine direkte Auflagefläche und einem sauberen Druck. Der fertige Ausdruck wird danach für einige Minuten in laufwarmes Wasser gelegt und das PVA Material löst sich auf. Zurück bleibt ein sauberen Ausdruck und ein wenig Stützmaterial.

Der große Vorteil des Dense Supports gegenüber des reinen PVA Support ist, dass der Druckvorgang nur geringfügig verlängert und das Stützmaterial kann trotzdem nahezu spurlos entfernt werden. Weiters benötigst du noch so viel PVA, was den Ausdruck auch kostengünstiger macht.

Gegenüberstellung: Stützmaterial aus PVA vs. PLA mit Dense Support aus PVA

Um Stützmaterial zu drucken, musst du in den meisten Slicern eine Option aktivieren. Der größte Nachteil ist jedoch, dass der Dense Support nicht von allen Slicern unterstützt wird. Sofern er unterstützt wird, muss dieser jedoch, zusätzlich zum Aktivieren des Stützmaterials, nochmals separat aktiviert werden.

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